降雨入渗条件下基质吸力对尾矿坝稳定性影响研究

发布时间：2017-12-19 04:00

  本文关键词：降雨入渗条件下基质吸力对尾矿坝稳定性影响研究

  更多相关文章： 尾矿坝 基质吸力 边坡稳定性 降雨入渗 土-水特征曲线

【摘要】：降雨入渗直接影响尾矿坝土体含水率,含水率的变化会改变土体基质吸力,而基质吸力与非饱和坝体抗剪强度及稳定性紧密相关。目前尾矿坝稳定性分析和研究中很少考虑降雨入渗问题,现有的边坡稳定性分析也多是根据传统的饱和土力学理论进行的,仅考虑了“固-液-气”三相,缺乏对非饱和土体中的第四相—液-气交界面上收缩膜产生的基质吸力的研究。尾矿坝是一类特殊的非饱和土边坡,基质吸力是非饱和土体有别于饱和土体的根本特性,在稳定性计算和分析时不可忽略。基于此,本文以某尾矿坝为研究对象,首先,系统分析了基质吸力对边坡稳定性的影响机理,并以磷尾矿砂为主要试验材料,通过室内土工试验,测定了试样的含水率、密度和塑限等13项物理性质,以及黏聚力、内摩擦角和渗透系数等4项力学性质,以选定适用于后期试验的尾矿砂材料。其次,通过尾矿坝模型相似试验,研究不同雨强下,尾矿坝的入渗规律及其物理力学特性动态变化规律。然后,采用接触式滤纸法,研究了降雨入渗过程过程中基质吸力随含水率的变化规律。根据Fredlund-Xing模型绘制出尾矿砂的土-水特征曲线(SWCC),并从土体自身因素及外部环境条件两个方面分析了影响基质吸力及SWCC的主要因素。最后,在传统Mohr-Coulomb强度破坏准则基础上,根据Fredlund双应力变量理论,将基质吸力单独作为一个应力变量考虑进抗剪强度计算中。为了避免基质吸力摩擦角φb与有效应力参数?对抗剪强度计算带来的不便,同时也便于极限平衡分析软件Slide的计算,通过对Bishop和Fredlund非饱和土强度公式的组合、优化,基于含水率建立了适用于尾矿坝的“微观Mohr-Coulomb强度公式”。根据格子Boltzmann模型对基质吸力和抗剪强度参数的试验结果进行拟合分析,得到非饱和尾矿坝稳定性安全系数与基质吸力变化关系,并对比分析了考虑基质吸力前后坝体安全系数的变化规律。研究结果表明,降雨过程中随着土体含水率的增加,坝坡安全系数总体上呈先降低后趋于稳定的趋势。自坝体干燥状态至饱和状态时,按传统饱和土力学方法计算得到的安全系数降低了43%,按考虑基质吸力后的新方法计算得到的安全系数降低了61%,变化程度较传统计算方法更为显著。当含水率在土体塑限(16.1%)之前的低饱和度阶段时,传统方法计算出的安全系数较新方法的计算结果偏小,减小了约14.7%;在含水率达到塑限之后的高饱和度阶段,传统方法计算出的安全系数偏大,增大了约26.2%。因此,基质吸力对尾矿坝稳定性安全系数的增强或削弱影响非常明显,在进行尾矿坝稳定性计算和分析时应予以充分考虑。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD926.4

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 熊承仁,刘宝琛,张家生;重塑粘性土的基质吸力与土水分及密度状态的关系[J];岩石力学与工程学报;2005年02期

2 李跃;杨永生;;土坡基质吸力动态变化的数值模拟方法[J];现代矿业;2010年03期

3 张鹏程;汤连生;姜力群;邓钟尉;;基质吸力与含水量及干密度定量关系研究[J];岩石力学与工程学报;2013年S1期

4 李涛;刘波;杨伟红;黄佩格;周妍;;基质吸力对重塑红黏土抗剪强度影响的试验研究[J];中国矿业大学学报;2013年03期

5 李兆平,张弥,王连俊;考虑开挖扰动和基质吸力影响的基坑边坡安全性研究[J];中国安全科学学报;2000年05期

6 唐东旗;彭建兵;孙伟青;;非饱和黄土基质吸力的滤纸法测试[J];煤田地质与勘探;2012年05期

7 胡再强;张豫川;张千一;员康锋;赵凯;;非饱和结构性黄土吸附强度的试验研究[J];岩石力学与工程学报;2011年10期

8 李晓云;赵宝平;;压力板仪法测土-水特征曲线试验研究[J];灾害与防治工程;2008年02期

9 胡梦玲;余祥宏;姚海林;刘杰;吴万平;;非饱和路基土模量确定方法[J];岩石力学与工程学报;2012年04期

10 汤明高;许强;黄润秋;戚国庆;;滑坡体基质吸力的观测试验及变化特征分析[J];岩石力学与工程学报;2006年02期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 黄润秋;戚国庆;;滑坡基质吸力观测研究[A];全国突发性地质灾害应急处置与灾害防治技术高级研讨会论文集[C];2010年

2 陈存礼;褚峰;董玉柱;蒋雪;李雷雷;曹泽民;;原状非饱和黄土基质吸力影响因素的研究[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年

3 曹丽文;王勇;唐文颖;温文富;;垃圾填埋场衬垫土层水分特征曲线试验研究[A];2011年全国工程地质学术年会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 杨钢;非饱和土试样优选及循环荷载作用下的变形特性研究[D];大连理工大学;2013年

2 戚国庆;降雨诱发滑坡机理及其评价方法研究[D];成都理工大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周腾;含根系土体水力特性的试验与理论研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 钟声;降雨下滑坡土体渗透性的研究[D];成都理工大学;2015年

3 徐鹏;基质吸力影响的弱胶结砂强度与溃砂失稳分析[D];中国矿业大学;2016年

4 邓奥;基质吸力对非饱和膨胀土强度特性及边坡稳定性影响研究[D];合肥工业大学;2016年

5 谢舒雷;吸力控制下的合肥膨胀土试验研究[D];合肥工业大学;2016年

6 殷忠平;非饱和土体颜色、饱和度及基质吸力相互关系的试验研究[D];天津大学;2014年

7 张宇宇;降雨作用下延安地区黄土崩塌形成的机理研究[D];西安科技大学;2016年

8 辛保泉;降雨入渗条件下基质吸力对尾矿坝稳定性影响研究[D];西南科技大学;2017年

9 李永刚;基质吸力对黄土边坡稳定性及基坑支护计算的影响[D];西安建筑科技大学;2005年

10 胡艳青;非饱和粘性土基质吸力变化规律研究[D];中国地质大学（北京）;2009年

，

本文编号：1306769